El papel de las estrellas de neutrones y de helio en las supernovas tipo Ia
Un estudio revela cómo las estrellas de neutrones y las estrellas de helio contribuyen a eventos supernova vitales.
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Tabla de contenidos
Las Supernovas tipo Ia, o SNe Ia, son eventos importantes en el universo. Sirven como marcadores para medir distancias en el espacio y contribuyen significativamente a la creación de elementos pesados en las galaxias. Generalmente, se piensa que estas supernovas ocurren cuando un tipo específico de estrella, conocida como enana blanca de carbono-oxígeno, sufre una explosión termonuclear. Esto suele pasar en sistemas estelares binarios, donde dos estrellas están cerca y se interactúan entre sí.
La variación que se observa entre diferentes supernovas sugiere que pueden tener distintos orígenes. Este artículo investiga un tipo de sistema binario donde una estrella de neutrones (NS) interactúa con una Estrella de Helio (He). Vamos a ver cómo estos sistemas evolucionan con el tiempo y cómo esto lleva a la formación de SNe Ia.
La Evolución de los Sistemas de Estrella de Neutrones y Estrella de Helio
En este estudio, nos centramos en los binarios de estrella de neutrones y estrella de helio. Examinamos cómo estas estrellas evolucionan durante un período largo, teniendo en cuenta diferentes masas iniciales de las estrellas de helio y sus períodos orbitales. Nuestras simulaciones revelan que cuando las estrellas de He alcanzan una etapa particular en su desarrollo, pueden eventualmente explotar como SNe Ia.
Una vez que las estrellas de He desarrollan núcleos densos hechos de oxígeno y neón, pueden ocurrir explosiones debido a procesos específicos que ocurren dentro de las estrellas. Según nuestros cálculos, podemos trazar un espacio de parámetros inicial donde las condiciones son adecuadas para la producción de SNe Ia en estos sistemas binarios.
Además, cuando las estrellas de helio explotan, dejan atrás Púlsares Aislados. Estos púlsares pueden girar en períodos mínimos de milisegundos y viajar a velocidades específicas. Nuestra investigación sugiere que el sistema de estrella de neutrones y estrella de helio puede contribuir a la formación de estos púlsares aislados.
Entendiendo las Supernovas Tipo Ia
Las supernovas tipo Ia son conocidas por su brillo uniforme, lo que las hace útiles para medir distancias en el universo. Proporcionan información clave sobre la expansión del universo y el papel de la energía oscura. Además, son significativas en la creación de elementos pesados que enriquecen las galaxias.
Aunque sabemos que las SNe Ia juegan un papel crucial en la cosmología, sus orígenes exactos siguen siendo objeto de debate. Se acepta comúnmente que estas supernovas surgen de explosiones termonucleares de enanas blancas de carbono-oxígeno. Estas estrellas suelen tener masas cercanas a un cierto límite crítico.
Dos modelos principales explican cómo se forman las SNe Ia. El modelo de un solo degenerado (SD) implica una enana blanca de carbono-oxígeno que acumula material de una estrella vecina hasta que ocurre una explosión. El modelo de doble degenerado (DD) implica la fusión de dos enanas blancas debido a fuerzas gravitacionales, resultando en una supernova si su masa combinada supera el límite.
Se han sugerido otros modelos para explicar la variedad observada en estas explosiones, incluyendo variaciones que involucran estrellas híbridas e interacciones entre estrellas. Estudios recientes indican que las estrellas de helio aisladas también pueden evolucionar en SNe Ia a través de sus propios procesos de desarrollo.
El Papel de las Estrellas de Helio
En nuestra investigación, examinamos cómo evolucionan las estrellas de helio y su potencial para explotar. Las simulaciones indicaron que estas estrellas pueden desarrollar núcleos ricos en oxígeno y neón, lo que puede llevar a reacciones explosivas. Investigadores han señalado previamente que la evolución de la estrella de helio se ve afectada por varios factores, como la densidad del núcleo y el desencadenamiento de procesos explosivos.
Se notó que cuando una estrella de helio llega a un punto particular en su evolución, puede experimentar cambios significativos que conducen a una explosión. Estos eventos son cruciales, ya que pueden dar lugar a púlsares aislados u otros fenómenos celestiales.
Métodos de Simulación y Suposiciones
Para llevar a cabo nuestro estudio, usamos software especializado para simular las interacciones y la evolución de los sistemas de estrella de neutrones y estrella de helio. Observamos una variedad de condiciones iniciales, como la masa de las estrellas de helio y sus distancias orbitales.
Durante las simulaciones, adoptamos un conjunto de suposiciones sobre las propiedades de las estrellas y sus interacciones. Estas suposiciones guiaron cómo modelamos la transferencia de masa entre las estrellas, cómo se producía la energía y cómo se perdía material del sistema.
En particular, nos centramos en cómo la masa de la estrella de helio cambiaría con el tiempo debido a diferentes procesos, incluyendo vientos que llevaban material y transferencia de masa hacia la estrella de neutrones. El resultado de estas interacciones fue crucial para entender cómo las SNe Ia se originan en estos sistemas binarios.
Resultados de las Simulaciones
Los resultados de nuestras simulaciones revelaron una variedad de posibles resultados para los sistemas de estrella de neutrones y estrella de helio. Notamos que bajo ciertas condiciones, estos sistemas pueden producir SNe Ia cuando los núcleos de las estrellas de helio alcanzan masas específicas.
Las simulaciones también indicaron que diferentes caminos evolutivos pueden conducir a varios tipos de supernova. En algunos casos, la masa final de la estrella de helio podría resultar en una explosión, mientras que en otros escenarios, podría llevar a otros restos, como una enana blanca.
Los hallazgos sugieren que si los binarios de estrella de neutrones y estrella de helio tienen condiciones dentro de un rango específico, pueden resultar en la formación de púlsares aislados después de que las estrellas de helio explotan. Estos púlsares podrían ser observados en el universo con propiedades distintas.
Conclusión
En conclusión, el estudio de las interacciones entre Estrellas de neutrones y estrellas de helio ofrece valiosos conocimientos sobre la formación de supernovas tipo Ia. Estos eventos astrofísicos no solo nos ayudan a entender la expansión del universo, sino que también juegan un papel crucial en la creación de elementos pesados.
Nuestras simulaciones proporcionaron un marco para considerar cómo evolucionan estos binarios y las condiciones necesarias para que ocurran explosiones de supernova. A través de más investigación, podemos continuar afinando nuestra comprensión de estos sistemas complejos y sus contribuciones al cosmos.
En última instancia, este trabajo enfatiza la interconexión de la evolución estelar, la ocurrencia de supernovas y la aparición de púlsares. A medida que avancemos en técnicas de observación y modelado teórico, podremos captar mejor cómo fenómenos tan diversos dan forma a nuestro universo.
Título: Type Ia supernovae in NS+He star systems and the isolated mildly recycled pulsars
Resumen: Type Ia supernovae (SNe Ia) are successful cosmological distance indicators and important element factories in the chemical evolution of galaxies. They are generally thought to originate from thermonuclear explosions of carbon-oxygen white dwarfs in close binaries. However, the observed diversity among SNe Ia implies that they have different progenitor models. In this article, we performed the long-term evolution of NS+He star binaries with different initial He star masses ($M_{\rm He}^{\rm i}$) and orbital periods ($P_{\rm orb}^{\rm i}$) for the first time, in which the He star companions can explode as SNe Ia eventually. Our simulations indicate that after the He stars develop highly degenerate oxygen-neon (ONe) cores with masses near the Chandrasekhar limit, explosive oxygen burning can be triggered due to the convective Urca process. According to these calculations, we obtained an initial parameter space for the production of SNe Ia in the $\rm log\,$$P^{\rm i}_{\rm orb}-M^{\rm i}_{\rm He}$ plane. Meanwhile, we found that isolated mildly recycled pulsars can be formed after He stars explode as SNe Ia in NS+He star binaries, in which the isolated pulsars have minimum spin periods ($P_{\rm spin}^{\rm min}$) of $\sim 30-110\rm\,ms$ and final orbital velocities of $\sim \rm 60-360\,km\,s^{-1}$, corresponding to initial orbital periods of $0.07-10\rm\,d$. Our work suggests that the NS+He star channel may contribute to the formation of isolated mildly recycled pulsars with velocity $\rm \lesssim 360\,km\,s^{-1}$ in observations, and such isolated pulsars should locate in the region of pulsars with massive WD companions in the $P_{\rm spin}-\dot P_{\rm spin}$ diagram.
Autores: Yun-Lang Guo, Bo Wang, Cheng-Yuan Wu, Wen-Cong Chen, Long Jiang, Zhan-Wen Han
Última actualización: 2023-08-23 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2302.09925
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2302.09925
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